離心泵說(shuō)明書(shū)課件

第七章離心泵

一、離心泵的基本知識(shí)

二、離心泵的基本工作理論

三、離心泵的軸向力及其平衡

四、離心泵的管路特性與工況調(diào)節(jié)

五、離心泵的選擇鉆井機(jī)械6/6/20231鉆機(jī)機(jī)械——任連城離心泵是一種典型的葉輪式泵，它在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中應(yīng)用很廣。在石油礦場(chǎng)上，離心泵主要用于油田注水，采油，油品輸送，鉆井泵灌注和供排水等。離心泵的基本知識(shí)6/6/20232鉆機(jī)機(jī)械——任連城離心泵工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)泵軸帶動(dòng)葉輪1旋轉(zhuǎn)，蝸殼內(nèi)的液體受到葉輪上許多彎曲的葉片作用而隨之旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，液體沿葉片間流道，由葉輪中心甩向邊緣再通過(guò)螺形泵殼（簡(jiǎn)稱蝸殼)流向排出管。一、離心泵的工作原理離心泵的基本知識(shí)6/6/20233鉆機(jī)機(jī)械——任連城

隨著液體的不斷排出，在泵的葉輪中心形成真空，在大氣壓力的作用下，吸入池中的液體通過(guò)吸入管源源不斷地流入葉輪中心，再由葉輪甩出。離心泵的基本知識(shí)6/6/20234鉆機(jī)機(jī)械——任連城

吸入管的下部裝有濾網(wǎng)和底閥對(duì)液體起過(guò)濾作用，并防止管中液體倒流入吸入池。離心泵的基本知識(shí)6/6/20235鉆機(jī)機(jī)械——任連城

排出管匯裝有用以調(diào)節(jié)流量的閘門(mén)。蝸殼的頂部裝有漏斗，用以在開(kāi)泵前向泵內(nèi)灌水，排除泵腔內(nèi)氣體。啟泵前一般要關(guān)閉排出閘門(mén)，啟動(dòng)后方打開(kāi)。離心泵的基本知識(shí)6/6/20236鉆機(jī)機(jī)械——任連城離心泵必須與吸入管匯和排出管匯等共同組成如圖示的裝置才能正常工作.離心泵的基本知識(shí)6/6/20237鉆機(jī)機(jī)械——任連城離心泵的基本知識(shí)6/6/20238鉆機(jī)機(jī)械——任連城離心泵的基本知識(shí)6/6/20239鉆機(jī)機(jī)械——任連城二、離心泵的種類

離心泵的種類很多，分類方法各不相同。離心泵按泵軸的布置方式按吸入方式按葉輪級(jí)數(shù)分按用途分按泵體形式分按殼體剖分方式分按比轉(zhuǎn)數(shù)分清水泵污水泵油泵酸泵堿泵砂泵分段式泵中剖分式泵低比轉(zhuǎn)數(shù)泵中比轉(zhuǎn)數(shù)泵高比轉(zhuǎn)數(shù)泵渦殼泵透平泵離心泵的基本知識(shí)6/6/202310鉆機(jī)機(jī)械——任連城按泵軸的布置方式分，主要有：

1）臥式泵:泵軸水平布置2）立式泵：泵軸豎直布置離心泵的基本知識(shí)6/6/202311鉆機(jī)機(jī)械——任連城

1）單吸泵葉輪從一個(gè)方向吸入液體。

按吸入方式分，主要有：離心泵的基本知識(shí)6/6/202312鉆機(jī)機(jī)械——任連城

2）雙吸泵液體從葉輪兩側(cè)吸入。離心泵的基本知識(shí)6/6/202313鉆機(jī)機(jī)械——任連城雙吸泵，葉輪從兩側(cè)吸入離心泵的基本知識(shí)6/6/202314鉆機(jī)機(jī)械——任連城離心泵的基本知識(shí)6/6/202315鉆機(jī)機(jī)械——任連城按葉輪級(jí)數(shù)分，主要有單級(jí)泵和多級(jí)泵：1）單級(jí)泵泵軸上只安裝一個(gè)葉輪。離心泵的基本知識(shí)6/6/202316鉆機(jī)機(jī)械——任連城

2）多級(jí)泵泵軸上安裝兩個(gè)或兩個(gè)以上葉輪。離心泵的基本知識(shí)6/6/202317鉆機(jī)機(jī)械——任連城對(duì)于多級(jí)泵，由于泵軸上裝有兩個(gè)以上的葉輪，液體依次通過(guò)各個(gè)葉輪，它的總壓頭是各級(jí)葉輪壓頭之和。離心泵的基本知識(shí)6/6/202318鉆機(jī)機(jī)械——任連城臥式泵。離心泵的基本知識(shí)6/6/202319鉆機(jī)機(jī)械——任連城按泵殼能量轉(zhuǎn)換部分的結(jié)構(gòu)分：

1)蝸殼泵，泵殼作成截面逐漸擴(kuò)大的蝸殼形，流體從葉輪甩出后直接進(jìn)入蝸殼的螺旋形流通，再被引入排出管線。離心泵的基本知識(shí)6/6/202320鉆機(jī)機(jī)械——任連城2)導(dǎo)葉泵，在泵殼內(nèi)裝有固定的導(dǎo)葉(導(dǎo)輪)，如圖所示，液體從葉輪流出后先進(jìn)入導(dǎo)葉轉(zhuǎn)換能量，再流入泵殼。這種泵亦稱透平泵。離心泵的基本知識(shí)6/6/202321鉆機(jī)機(jī)械——任連城

按照所輸送的液體性質(zhì)又可分為水泵、熱油泵、汽油泵、酸泵、堿泵、污水泵，電動(dòng)潛油泵、砂泵等。離心泵的基本知識(shí)6/6/202322鉆機(jī)機(jī)械——任連城三、離心泵的典型結(jié)構(gòu)

1、單吸單級(jí)臥式離心泵

石油礦場(chǎng)上使用各種類型的離心泵。單級(jí)離心泵中最常見(jiàn)的是單級(jí)懸臂式BA型離心泵，下圖為其典型結(jié)構(gòu)。該系列的泵排量范圍為5.5～330m3/h，揚(yáng)程8～150米。離心泵的基本知識(shí)6/6/202323鉆機(jī)機(jī)械——任連城離心泵的結(jié)構(gòu)示意圖離心泵的基本知識(shí)6/6/202324鉆機(jī)機(jī)械——任連城6/6/202325鉆機(jī)機(jī)械——任連城離心泵的基本知識(shí)6/6/202326鉆機(jī)機(jī)械——任連城

其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、造價(jià)低廉，使用方便、工作可靠。這種泵的排出管線可根據(jù)安裝條件裝成任何角度(水平、垂直或與水平成角30°、60°等)，這只需在法蘭聯(lián)結(jié)處加以調(diào)整即可。離心泵的基本知識(shí)6/6/202327鉆機(jī)機(jī)械——任連城2、雙吸單級(jí)離心泵

當(dāng)排量較大而揚(yáng)程不高時(shí)，一般采用sh系列的單級(jí)雙吸泵。它廣泛用于礦場(chǎng)輸水、輸油、民用供水等。該系列泵一般流量為90～3500m3/h，揚(yáng)程為10～104m。離心泵的基本知識(shí)6/6/202328鉆機(jī)機(jī)械——任連城離心泵的基本知識(shí)6/6/202329鉆機(jī)機(jī)械——任連城這種泵結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，泵殼一般為水平剖分式，葉輪、軸和密封裝置等可事先裝好，然后整體裝入泵殼中去，因而制造和檢修都較方便。離心泵的基本知識(shí)6/6/202330鉆機(jī)機(jī)械——任連城3、多級(jí)離心泵離心泵的基本知識(shí)6/6/202331鉆機(jī)機(jī)械——任連城多級(jí)離心泵中液體流動(dòng)過(guò)程

多級(jí)離心泵每一級(jí)的工作原理同單級(jí)離心泵原理。但級(jí)與級(jí)之間的液體靠導(dǎo)葉導(dǎo)向，即前一級(jí)葉輪出口的液體經(jīng)導(dǎo)葉引導(dǎo)到后一級(jí)葉輪的入口處。其液體的流動(dòng)路線如圖所示。離心泵的基本知識(shí)6/6/202332鉆機(jī)機(jī)械——任連城四、離心泵的主要零部件1、葉輪

葉輪是泵進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵零件。單級(jí)離心泵只裝一個(gè)葉輪，多級(jí)離心泵則裝多個(gè)葉輪。離心泵的基本知識(shí)6/6/202333鉆機(jī)機(jī)械——任連城

葉輪的種類單吸式葉輪雙吸式葉輪閉式葉輪由前蓋板、后蓋板、葉片及輪轂組成。閉式葉輪一般用于輸送粘度較低的液體或清水的泵。閉式葉輪半開(kāi)式葉輪開(kāi)式葉輪閉式葉輪離心泵的基本知識(shí)6/6/202334鉆機(jī)機(jī)械——任連城半開(kāi)式葉輪由后蓋板、葉片及輪轂組成；半開(kāi)式葉輪一般用于輸送含有固相顆?；蛘扯容^高的的液體。

葉輪的種類半開(kāi)式葉輪開(kāi)式葉輪開(kāi)式葉輪由葉片及輪轂組成；開(kāi)式葉輪一般用于輸送污水或含有纖維的液體。離心泵的基本知識(shí)6/6/202335鉆機(jī)機(jī)械——任連城雙吸式葉輪結(jié)構(gòu)類似于閉式葉輪，不同的是液體可葉輪的兩側(cè)吸入。雙吸式葉輪用于輸送大流量的雙吸泵上。

葉輪的種類雙吸式葉輪離心泵的基本知識(shí)6/6/202336鉆機(jī)機(jī)械——任連城離心泵的基本知識(shí)6/6/202337鉆機(jī)機(jī)械——任連城離心泵的基本知識(shí)6/6/202338鉆機(jī)機(jī)械——任連城2、泵軸

泵軸是傳遞功率和力矩的主要零件。離心泵的基本知識(shí)6/6/202339鉆機(jī)機(jī)械——任連城3、泵殼

具有收集、導(dǎo)流和降速增壓的作用。

泵殼是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置，它導(dǎo)引從葉輪流出的液體，隨著流道面積的逐漸增大，使液流平緩地降低速度，使部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓能。離心泵的基本知識(shí)6/6/202340鉆機(jī)機(jī)械——任連城一般為圓柱形。由進(jìn)水端、出水端、中間泵殼用拉桿連接成一個(gè)整體。分段式多級(jí)離心泵泵殼離心泵的基本知識(shí)6/6/202341鉆機(jī)機(jī)械——任連城4、導(dǎo)葉輪（導(dǎo)輪）

按裝在葉輪外緣，并固定在泵殼上，用于多級(jí)透平式泵中。內(nèi)部也有葉片形成逐漸增大的流道，也具有收集、倒流、降速增壓的作用。離心泵的基本知識(shí)6/6/202342鉆機(jī)機(jī)械——任連城5、密封裝置

泵工作時(shí)，

防止液體內(nèi)漏、外漏和外界空氣吸入。

密封環(huán)密封：防止液體從葉輪出口通過(guò)葉輪與殼體間的間隙漏回到入口（稱為內(nèi)漏），提高容積效率。并承受葉輪與殼體接縫處可能產(chǎn)生的機(jī)械磨損（又稱承磨環(huán)）。離心泵的基本知識(shí)6/6/202343鉆機(jī)機(jī)械——任連城盤(pán)根密封或軟填料密封：

在泵軸與泵殼間，為防止外界空氣侵入或泵內(nèi)液體泄漏，可用盤(pán)根密封或軟填料密封。離心泵的基本知識(shí)6/6/202344鉆機(jī)機(jī)械——任連城機(jī)械密封：

靠?jī)蓚€(gè)經(jīng)過(guò)精密加工的動(dòng)環(huán)與靜環(huán)的端面，沿軸向緊密接觸實(shí)現(xiàn)密封。機(jī)械密封又叫端面密封。

機(jī)械密封結(jié)構(gòu)１－靜環(huán)；２－動(dòng)環(huán)；３－壓蓋；４－彈簧；５－傳動(dòng)座；６－螺釘；７、８－密封圈；９－防轉(zhuǎn)銷176542389離心泵的基本知識(shí)6/6/202345鉆機(jī)機(jī)械——任連城第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)

液體在離心泵內(nèi)的流動(dòng)可以分為三部分：液體進(jìn)入葉輪前在進(jìn)液流道(吸入室)中的流動(dòng)，在葉輪內(nèi)的流動(dòng)和在排液流道(壓出室或?qū)~)中的流動(dòng)。液體是在葉輪內(nèi)被葉輪強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)時(shí)獲得能量，而在其余兩個(gè)部分中流動(dòng)時(shí)要消耗能量。離心泵是通過(guò)葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)泵內(nèi)液體，使之獲得能量的。因此研究離心泵的工作理論，首先必須研究液體在泵內(nèi)通過(guò)葉輪的運(yùn)動(dòng)。6/6/202346鉆機(jī)機(jī)械——任連城一、葉輪內(nèi)液體的運(yùn)動(dòng)

1.三種速度

液體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)是復(fù)雜的，為了便于研究，我們先作如下假設(shè)：

1)葉輪有無(wú)限多，無(wú)限薄的葉片，因此液體質(zhì)點(diǎn)完全按照葉片形狀規(guī)定的軌跡運(yùn)動(dòng)

2)液體是理想的，即液體沒(méi)有粘性，流動(dòng)時(shí)無(wú)摩擦阻力損失。

3)葉輪轉(zhuǎn)速和液體流量是恒定的。第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202347鉆機(jī)機(jī)械——任連城

我們可以把液體在葉輪內(nèi)的流動(dòng)看成在葉片推動(dòng)下隨葉輪以速度u作圓周運(yùn)動(dòng)和液體沿葉片以相對(duì)速度W作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的合成。第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202348鉆機(jī)機(jī)械——任連城

即液體在葉輪內(nèi)任一點(diǎn)的絕對(duì)速度c：這種速度矢量合成圖，稱為速度三角形。由于要研究的是進(jìn)葉輪前到出葉輪后的液體能量的變化情況，故我們只研究進(jìn)口、出口的液流速度三角形。第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202349鉆機(jī)機(jī)械——任連城2.進(jìn)、出口速度三角形當(dāng)離心泵工作時(shí)，吸入池中液體在大氣壓力作用下，沿吸入管流向泵的葉輪進(jìn)口，其速度為c0。在葉輪內(nèi)，液體由軸向變?yōu)閺较?，并以速度c1流向葉片間的流道，如圖2－13。第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202350鉆機(jī)機(jī)械——任連城一般離心泵的液體沿半徑方向進(jìn)入葉片，故其絕對(duì)速度的方向α1＝90°，絕對(duì)速度的大小為：

式中：Qi－流經(jīng)葉輪的流量；

F1－進(jìn)口斷面的環(huán)形有效過(guò)流面積。

下角標(biāo)r或u，表示徑向或周向分速度。

第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202351鉆機(jī)機(jī)械——任連城而進(jìn)口處的圓周速度u1的方向?yàn)橹芟?，大小為u1=πnD1/60，n為葉輪轉(zhuǎn)速。由于u1，c1的大小和方向皆己確定,故液體進(jìn)入流道的相對(duì)速度W1即可確定，W1＝c1－u1。進(jìn)口處的速度三角形見(jiàn)圖2-13，即液體進(jìn)入葉輪時(shí)的水力角β1就確定了.

第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202352鉆機(jī)機(jī)械——任連城

為了使液體進(jìn)入葉片時(shí)與葉片不產(chǎn)生沖擊，進(jìn)口處相對(duì)速度W1的方向應(yīng)和葉片進(jìn)口表面相切，即相對(duì)速度W1與圓周速度u1反方向的夾角βl應(yīng)與葉片結(jié)構(gòu)角βlK相等。即使βl＝βlK。當(dāng)離心泵選定后，其葉輪的葉片結(jié)構(gòu)角是不會(huì)變的，而βl的數(shù)值取決于c1和u1的大小。當(dāng)泵軸轉(zhuǎn)速一定時(shí)，u1為常數(shù)，速度c1的方向是一定的，其大小取決于流量，因此βl的數(shù)值也取決于流量。第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202353鉆機(jī)機(jī)械——任連城

從圖可知，只有離心泵流量為額定流量(最優(yōu)流量)時(shí)，βl＝βlK

，符合無(wú)沖擊的條件。而當(dāng)流量增大或減小時(shí)都將產(chǎn)生水力沖擊。

第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202354鉆機(jī)機(jī)械——任連城

在葉輪出口處的圓周速度u2=πnD2/60，相對(duì)速度W2與葉片相切，即水力角β2＝β2K，絕對(duì)速度的徑向分速度c2r＝Qi/F2,F2為出口斷面環(huán)形有效過(guò)流面積。因此，出口處的速度三角形就確定了。第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202355鉆機(jī)機(jī)械——任連城二、離心泵的理論揚(yáng)程

了解了離心泵葉輪內(nèi)液體運(yùn)動(dòng)情況以后，就能進(jìn)一步研究泵內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換規(guī)律。在離心泵中，影響葉輪和液體進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的因素很多，如葉輪轉(zhuǎn)速，葉輪的尺寸，葉片的數(shù)量，葉片的角度和液體的性質(zhì)等。為了研究主要因素的影響，先作以下兩點(diǎn)假設(shè)：

①葉輪具有無(wú)限多，無(wú)限薄的葉片，這樣就可以認(rèn)為液體質(zhì)點(diǎn)是完全按照葉片形狀規(guī)定的軌跡運(yùn)動(dòng)的；

②液體是理想的，即液體沒(méi)有粘性，流動(dòng)時(shí)沒(méi)有摩擦阻力損失。第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202356鉆機(jī)機(jī)械——任連城

在上述假設(shè)的基礎(chǔ)上，就可以利用動(dòng)量矩定理來(lái)推導(dǎo)離心泵的基本能量方程式。

圖2－16中表示液體質(zhì)點(diǎn)從進(jìn)葉輪時(shí)的起始位置a，到流出葉輪時(shí)的最終位置b為止的運(yùn)動(dòng)情況。

第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202357鉆機(jī)機(jī)械——任連城

質(zhì)點(diǎn)是沿著葉片形狀所規(guī)定的軌跡運(yùn)動(dòng)的。根據(jù)動(dòng)量矩定理，在穩(wěn)定流情況下，單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)的液體質(zhì)量，從一個(gè)斷面到另一個(gè)斷面的動(dòng)量矩變化，等作用在這兩個(gè)斷面間的液流上的外力矩。第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202358鉆機(jī)機(jī)械——任連城

以m表示每秒內(nèi)流過(guò)葉輪的液體質(zhì)量，那末，在半徑為R1的葉輪進(jìn)口處，液體相對(duì)于葉輪軸線的動(dòng)量矩為

第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202359鉆機(jī)機(jī)械——任連城

在半徑為R2的葉輪出口處，液體相對(duì)于葉輪軸線的動(dòng)量矩為第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202360鉆機(jī)機(jī)械——任連城液體動(dòng)量矩的增加應(yīng)等于作用在液體上的外力矩M。即第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202361鉆機(jī)機(jī)械——任連城

由圖2-16所示的速度三角形可知第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202362鉆機(jī)機(jī)械——任連城考慮到

m＝G/g＝Qiρ

式中G－通過(guò)葉輪的液體的重量流量，N/s。

g－重力加速度，m/s。

ρ－液體的密度，kg／m3。

將上式子及l(fā)2＝R2cosα2

，l1＝R1cosα1

代入式：Mi＝M2－M1＝m（c2l2－c1l1)

可得

第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202363鉆機(jī)機(jī)械——任連城

假設(shè)液體通過(guò)葉輪時(shí)沒(méi)有能量損失，根據(jù)能量守恒定律，葉輪消耗的機(jī)械功率應(yīng)全都變?yōu)橐后w的水力功率，即

Miω＝ρgQiHi

式中ω－葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度；

Hi－葉輪傳遞給每一N重量液體的能量，稱為泵的理論壓頭。因?yàn)榧俣ㄈ~輪葉片為無(wú)限多，所以Hi用Hi∞表示。第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202364鉆機(jī)機(jī)械——任連城所以，離心泵的理論壓頭Hi∞等于

Hi∞＝Miω/ρgQi

＝Qiρ(c2R2cosα2－c1R1cosα1)ω/ρgQi

＝(c2R2cosα2－c1R1cosα1)ω/g

＝(c2R2ωcosα2－c1R1ωcosα1)/g

因?yàn)镽2ω＝u2，R1ω＝u1

所以上式就是離心泵的基本能量方程式米液柱第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202365鉆機(jī)機(jī)械——任連城因c2cosα2＝c2u，c1cosα1＝c1u

可改寫(xiě)為米液柱由于在一般離心泵中。液體通常是沿徑向進(jìn)入葉輪，即α1＝90°，因此，基本能量方程式可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202366鉆機(jī)機(jī)械——任連城從式Hi∞＝u2c2u/g可見(jiàn)，

離心泵的理論壓頭與出口圓周速度(或葉輪外徑D2及轉(zhuǎn)速n)、出口絕對(duì)速度的周向分量c2u(或α2及β2等)有關(guān)。當(dāng)葉輪的外徑越大，轉(zhuǎn)速越高以及β2越大，α2越小時(shí)，離心泵給出的理論壓頭也越大。第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202367鉆機(jī)機(jī)械——任連城

在基本能量方程式中，沒(méi)有包含液體物理性質(zhì)的參數(shù)(如密度，粘度等)，所以此式適用于輸送任何物理性質(zhì)的液體。第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202368鉆機(jī)機(jī)械——任連城

實(shí)際上，離心泵葉輪葉片數(shù)通常在3～12之間，一般不超過(guò)9個(gè)，于是液體在葉輪中的運(yùn)動(dòng)除了有一個(gè)均勻的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以外，還存在一個(gè)相對(duì)的軸向旋渦運(yùn)動(dòng)，而使其不完全與葉片的形狀相同，使泵理論揚(yáng)程降低。第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202369鉆機(jī)機(jī)械——任連城

大量實(shí)驗(yàn)表明，有限葉片數(shù)的葉輪所產(chǎn)生的理論揚(yáng)程要比無(wú)限多葉片數(shù)的葉輪理論揚(yáng)程小15～20％。此外，葉輪出口角，泵殼結(jié)構(gòu)等也對(duì)理論揚(yáng)程有影響。為此引入揚(yáng)程修正系數(shù)K：

Hi＝KHi∞

上式中:Hi為葉片有限時(shí)離心泵的理論揚(yáng)程;

K值通常在0.7～0.9之間，葉片越多，K也就越大。

第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202370鉆機(jī)機(jī)械——任連城三、離心泵的功率與效率流量Q壓頭H效率η功率N轉(zhuǎn)速n

表示泵軸轉(zhuǎn)動(dòng)的速度。影響泵的流量。單位:r/min

表示泵對(duì)液體做功的能力。單位：KW

表示泵轉(zhuǎn)換能量的經(jīng)濟(jì)性。單位：無(wú)

又稱揚(yáng)程。表示泵使單位質(zhì)量液體產(chǎn)生的能量增加值。單位：m

表示泵在單位時(shí)間內(nèi)的輸液量。單位：m3/h第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202371鉆機(jī)機(jī)械——任連城

這些基本參數(shù)，反映了離心泵的綜合性能指標(biāo)。一般在離心泵的銘牌上都應(yīng)標(biāo)出這些參數(shù)的值。第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202372鉆機(jī)機(jī)械——任連城1、離心泵的功率1）輸出功率N

—單位時(shí)間內(nèi)液體通過(guò)泵后所得到的能量，即離心泵實(shí)際輸出的功率。又叫離心泵的有效功率或水功率。2）轉(zhuǎn)化功率Ni—通過(guò)葉輪傳遞給液體的功率。又稱指示功率。3）輸入功率Na—單位時(shí)間由動(dòng)力機(jī)提供給泵的能量。又稱軸功率。可分別用下式來(lái)計(jì)算：式中:Q—泵的實(shí)際流量，m3／s，可實(shí)際測(cè)量；H—泵的實(shí)際輸出壓頭或有效壓頭，m液柱，可實(shí)際測(cè)量；ρ—被輸送液體的密度，Kg／m3；Qi—泵的轉(zhuǎn)化流量;Hi—泵的轉(zhuǎn)化壓頭;η—離心泵的總效率。第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202373鉆機(jī)機(jī)械——任連城

離心泵在能量轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，不可避免地存在各種能量損失。這些能量損失必將消耗相應(yīng)的能量?！玫男?，反映泵的經(jīng)濟(jì)性好壞。第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202374鉆機(jī)機(jī)械——任連城1）機(jī)械損失及機(jī)械效率

機(jī)械損失是由于葉輪蓋板兩側(cè)面與液體之間的摩擦損失，泵軸與盤(pán)根、軸承等機(jī)件間旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的摩擦損失所引起的。前者是主要的。如果用Nm表示上述摩擦產(chǎn)生的機(jī)械功率，則

Na—Nm=Ni

通常，泵的機(jī)械效率為0.9～0.95。隨著輸送液體的粘性的增加，摩擦損失將會(huì)顯著增大，機(jī)械效率會(huì)顯著降低。第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202375鉆機(jī)機(jī)械——任連城2）容積損失及容積效率

容積損失是由于高壓液體在泵內(nèi)的內(nèi)漏（竄流）和外漏引起的。其中，竄流是主要的。設(shè)漏失量為q，實(shí)際有效排量為Q，則

Qi—q=Q

泵的容積效率為0.93～0.98。改善泵的密封環(huán)及密封結(jié)構(gòu)，可降低漏失量，提高泵的容積效率。因此，在檢修離心泵時(shí)，檢查泵的密封狀況是十分必要的。第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202376鉆機(jī)機(jī)械——任連城3）水力損失及水力效率水力損失分為兩類：阻力損失：

液體在流道部分的沿程阻力損失和局部阻力損失h阻。a為系數(shù)在圖像區(qū)域內(nèi)點(diǎn)擊觀看或停止動(dòng)畫(huà)第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202377鉆機(jī)機(jī)械——任連城3）水力損失及水力效率2)沖擊損失：

液體進(jìn)入葉輪和導(dǎo)輪時(shí)，與葉片發(fā)生沖擊而引起的能量損失h沖。在圖像區(qū)域內(nèi)點(diǎn)擊觀看或停止動(dòng)畫(huà)第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202378鉆機(jī)機(jī)械——任連城

沖擊損失主要是由于液體進(jìn)入葉輪或?qū)л啎r(shí)的水力角與葉片結(jié)構(gòu)角不一致而造成的。在某一排量下，液體的水力角與葉片的結(jié)構(gòu)角一致,叫無(wú)沖擊工況，此時(shí)沒(méi)有沖擊損失，和無(wú)沖擊工況相對(duì)應(yīng)的排量叫最優(yōu)流量，用Q優(yōu)表示。當(dāng)由于操作條件變化，排量減少或增加時(shí)，水力角將小于或大于葉片的結(jié)構(gòu)角，從而引起沖擊損失。b為系數(shù)泵的總水力損失：第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202379鉆機(jī)機(jī)械——任連城泵的水力效率為：

離心泵的總效率為：第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202380鉆機(jī)機(jī)械——任連城

在選擇和使用離心泵時(shí)，人們最關(guān)心的是離心泵能輸送多大的流量Q、產(chǎn)生多大的壓頭（揚(yáng)程）H、其功率N、效率η的高低和帶泵動(dòng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速n、功率Na等。

特性曲線是在轉(zhuǎn)速n一定的條件下，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出的H～Q、Na～Q、η～Q等關(guān)系曲線。一般由生產(chǎn)廠家給出，在泵的說(shuō)明書(shū)和產(chǎn)品樣本上可以查詢到。1、特性曲線四離心泵的特性曲線第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202381鉆機(jī)機(jī)械——任連城2、實(shí)驗(yàn)參數(shù)測(cè)定與特性曲線繪制的過(guò)程：1）測(cè)定原始數(shù)據(jù)：調(diào)節(jié)排出閘門(mén)置不同開(kāi)度KK1、K2…….…Kn。Q1、Q2……….Qn。PZ1、PZ2………PZn。Pb1、Pb2………Pbn。n1、n2…….…nn。M1、M2………Mn。液體密度ρ,量表高度差H0第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202382鉆機(jī)機(jī)械——任連城2）數(shù)據(jù)處理：H1、H2…….…Hn。N1、N2……….Nn。NZ1、NZ2………NZn。η1、η

2……η

n。第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202383鉆機(jī)機(jī)械——任連城實(shí)驗(yàn)參數(shù)測(cè)定與特性曲線繪制的過(guò)程：3）描點(diǎn)繪制曲線：AH—Q曲線BNZ—Q曲線C

η—Q曲線第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202384鉆機(jī)機(jī)械——任連城從離心泵的特性曲線可以得出如下結(jié)論：

1）離心泵的壓頭（揚(yáng)程）隨著流量的增加而降低。因此，離心泵的流量和揚(yáng)程很容易通過(guò)排出閘門(mén)來(lái)調(diào)節(jié)控制。

2）離心泵的軸功率（輸入率）隨著流量的增加而增加。在流量為零時(shí)，軸功率最小，因此，離心泵應(yīng)采取閉閘啟動(dòng)，以防止電機(jī)過(guò)載。

3）離心泵的最高效率在其額定流量時(shí)，大于、小于該流量時(shí)，效率都會(huì)降低。第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202385鉆機(jī)機(jī)械——任連城3、特性曲線的應(yīng)用特性曲線是選擇和使用離心泵的基本依據(jù)，其主要用途是：(1)根據(jù)對(duì)流量和壓頭變化特征的要求，選擇H～Q曲線比如，當(dāng)工作壓力P變化較大，而希望流量變化較小時(shí)，應(yīng)該選擇陡降式的H～Q曲線；當(dāng)流量變化較大，而希望工作壓力基本保持不變時(shí)，應(yīng)選擇平坦式的H～Q曲線。此外，當(dāng)泵的H～Q曲線是駝峰形狀時(shí)，應(yīng)該避免使用最高點(diǎn)左邊的不穩(wěn)定工作區(qū)。第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202386鉆機(jī)機(jī)械——任連城

(2)從Na～Q曲線可以看出某種工況下軸功率最小要選擇在該工況下啟動(dòng)泵，以防止動(dòng)力機(jī)過(guò)載。一般的離心泵在Q=0時(shí)軸功率最小，所以通常在關(guān)閉排出閥門(mén)的條件下啟動(dòng)離心泵最為有利。

(3)η～Q曲線是判斷離心泵經(jīng)濟(jì)性能的依據(jù)一般應(yīng)選擇在最高效率點(diǎn)或其左右區(qū)域內(nèi)(最高效率以下7%范圍內(nèi))工作。第二節(jié)離心泵的理論基礎(chǔ)6/6/202387鉆機(jī)機(jī)械——任連城離心泵的軸向力及其平衡軸向力將嚴(yán)重降低軸承的使用壽命，對(duì)離心泵工作不利，必須消除。葉輪兩側(cè)壓力分布圖

離心泵的葉輪上要產(chǎn)生紿終指向泵的吸入口的軸向力。使葉輪沿軸向向入口一側(cè)竄動(dòng)，從而引起葉輪震蕩和磨損。6/6/202388鉆機(jī)機(jī)械——任連城1）利用葉輪的對(duì)稱性平衡軸向力

對(duì)于單級(jí)泵，采用如圖2-4所示的雙吸葉輪，使葉輪兩側(cè)蓋板上的壓力相互抵消，可以有效地消除軸向力。離心泵的軸向力及其平衡6/6/202389鉆機(jī)機(jī)械——任連城對(duì)于多級(jí)泵，利用對(duì)稱排列方式，即將總級(jí)數(shù)為偶數(shù)的葉輪，如圖2-7所示那樣背靠背或面對(duì)面地聯(lián)在一根軸上，這種方法可有效地減少軸向力，離心泵的軸向力及其平衡6/6/202390鉆機(jī)機(jī)械——任連城2)改造葉輪以平衡軸向力

對(duì)于單吸單級(jí)離心泵，常采取適當(dāng)改變?nèi)~輪結(jié)構(gòu)，以達(dá)到減少或消除軸向力的目的。

右下圖所示的為平衡孔法，是在葉輪后蓋板上開(kāi)一圈小孔，使后蓋板密封環(huán)內(nèi)的液壓力與前蓋板密封環(huán)內(nèi)的液壓力基本相等。只要使后蓋板密封環(huán)直徑與前蓋板密封環(huán)直徑相同，則軸向力基本上可以被平衡。離心泵的軸向力及其平衡6/6/202391鉆機(jī)機(jī)械——任連城如圖2－9所示的為平衡管法，即在葉輪前、后蓋板上都裝有直徑相同的密封環(huán)，并自后蓋板泵腔處接一平衡管，同樣使葉輪后蓋板密封環(huán)內(nèi)的壓力等于吸入壓力達(dá)到平衡軸向力的目的。離心泵的軸向力及其平衡6/6/202392鉆機(jī)機(jī)械——任連城圖2-10所示的葉輪后蓋板上加有徑向筋板，亦稱為副葉片。葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，筋板強(qiáng)迫葉輪后面的液體加快旋轉(zhuǎn)，使壓力下降，從而達(dá)到減小軸向力的目的。上述方法簡(jiǎn)單易行，缺點(diǎn)是增加了能量消耗，使泵的效率略有降低。離心泵的軸向力及其平衡6/6/202393鉆機(jī)機(jī)械——任連城離心泵的軸向力及其平衡6/6/202394鉆機(jī)機(jī)械——任連城

3)平衡盤(pán)法

油田使用的3D100～150注水泵，驅(qū)動(dòng)功率800Kw，當(dāng)揚(yáng)程為1500m時(shí)，產(chǎn)生的軸向力約為1.2×104N，采用圖2－11所示的平衡盤(pán)方案平衡軸向力的。離心泵的軸向力及其平衡6/6/202395鉆機(jī)機(jī)械——任連城第四節(jié)離心泵的管路特性一、單管路6/6/202396鉆機(jī)機(jī)械——任連城第四節(jié)離心泵的管路特性6/6/202397鉆機(jī)機(jī)械——任連城一、單管路1、并聯(lián)：第四節(jié)離心泵的管路特性6/6/202398鉆機(jī)機(jī)械——任連城2、串聯(lián)第四節(jié)離心泵的管路特性6/6/202399鉆機(jī)機(jī)械——任連城二、多管路（略）1、分支管路：2、交匯管路第四節(jié)離心泵的管路特性6/6/2023100鉆機(jī)機(jī)械——任連城三、離心泵的吸入性能1、汽蝕現(xiàn)象：當(dāng)流道中局部地方流體壓力低于輸送溫度下該液體的汽化壓力Pt時(shí)，液體開(kāi)始汽化，同時(shí)還可能有溶于液體內(nèi)的氣體從液體中析出，形成大量的小氣泡。氣泡被液流帶到壓力較高的區(qū)域時(shí)，迅速凝結(jié)、潰滅；在凝結(jié)過(guò)程中，氣泡周圍的液體以高速向氣泡中心運(yùn)動(dòng)，液體質(zhì)點(diǎn)相互碰撞形成水力沖擊，使局部瞬時(shí)壓力高達(dá)幾百個(gè)大氣壓。氣泡越大，其凝結(jié)潰滅時(shí)引起的局部水擊壓強(qiáng)越大，如果這些氣泡在葉輪邊緣潰滅，流道表明將會(huì)受到損傷，金屬表面疲勞剝落；氣泡在潰滅是可以產(chǎn)生200~300度的局部高溫，形成熱電偶，造成電解作用，析出具有強(qiáng)烈化學(xué)腐蝕性的初生氧，使材料因電解腐蝕而損壞。這種液體氣化、凝結(jié)、水擊、和腐蝕的綜合稱為汽蝕現(xiàn)象。第四節(jié)離心泵的管路特性6/6/2023101鉆機(jī)機(jī)械——任連城汽化還造成泵內(nèi)產(chǎn)生特殊的噪音和震動(dòng)，泵的揚(yáng)程、排量和效率突然降低，嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)中斷吸入。

汽化的主要原因是吸入口的吸入壓力低與氣體的汽化壓力。造成葉輪吸入口壓力過(guò)低的可能原因有：

1、泵吸入高度過(guò)高；

2、液體溫度過(guò)高；

3、環(huán)境氣壓太低；第四節(jié)離心泵的管路特性6/6/2023102鉆機(jī)機(jī)械——任連城2、離心泵的最大允許安裝高度第四節(jié)離心泵的管路特性6/6/2023103鉆機(jī)機(jī)械——任連城2、離心泵的最大允許安裝高度

——允許氣蝕余量；第四節(jié)離心泵的管路特性6/6/2023104鉆機(jī)機(jī)械——任連城四、離心泵的比轉(zhuǎn)數(shù)（相似理論）(選講)

（如果兩臺(tái)結(jié)構(gòu)形狀完全相同，但尺寸不同的兩臺(tái)離心泵，其內(nèi)部的流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律完全相似，可以用相似理論來(lái)統(tǒng)一表征）所以能用相似理論的兩臺(tái)泵必須滿足：幾何結(jié)構(gòu)相似：流道幾何形狀相似，結(jié)構(gòu)尺寸成比例，葉片